L'intera missione Apollo 11 sulla luna è durata solo otto giorni. Se mai vogliamo costruire basi permanenti sulla luna, o forse anche Marte o oltre, poi i futuri astronauti dovranno trascorrere molti più giorni, mesi e forse anche anni nello spazio senza un'ancora di salvezza costante verso la Terra. La domanda è come avrebbero ottenuto tutto ciò di cui avevano bisogno. L'utilizzo di razzi per inviare tutte le attrezzature e le forniture per la costruzione e il mantenimento di insediamenti a lungo termine sulla luna sarebbe estremamente costoso.

È qui che potrebbe entrare in gioco la stampa 3D, permettendo agli astronauti di costruire qualunque cosa la loro colonia lunare avesse bisogno di materie prime. Gran parte dell'entusiasmo per la stampa 3D nello spazio si è concentrata sull'utilizzo per costruire edifici dalla roccia lunare. Ma la mia ricerca suggerisce che potrebbe effettivamente essere più pratico utilizzare questa polvere lunare per fornire i laboratori di produzione lunari che producono componenti di ricambio per tutti i tipi di apparecchiature.

Tecnicamente noto come produzione additiva, La stampa 3D comprende un sofisticato gruppo di tecnologie in grado di produrre prodotti fisici di quasi qualsiasi forma o complessità geometrica da progetti digitali. La tecnologia può già creare cose da una vasta gamma di materiali, inclusi metalli, ceramiche e plastiche, alcuni dei quali possono essere utilizzati per realizzare apparecchiature di livello spaziale.

La stampa 3D ha anche l'ulteriore vantaggio di lavorare con il minimo coinvolgimento umano. Puoi semplicemente impostarlo per stampare e attendere il prodotto finito. Ciò significa che può essere gestito anche da remoto. In teoria, potresti inviare una stampante 3D sulla luna (o qualsiasi altra destinazione spaziale) prima di un equipaggio umano e potrebbe iniziare a produrre strutture prima ancora che arrivino gli astronauti.

Ci sono, Certo, sfide significative. La stampa 3D è stata sviluppata principalmente per l'uso sulla Terra, basandosi su determinati livelli coerenti di gravità e temperatura per funzionare come previsto. Finora utilizza materiali significativamente meno complessi di quelli trovati sulla superficie della luna o di Marte.

Stampa con polvere di luna

La luna è ricoperta di regolite, un sciolto, materiale polveroso formato da milioni di anni di meteore che bombardavano la superficie lunare. Questo ha lentamente trasformato gli strati superiori del substrato roccioso in un materiale simile al suolo costituito da grani di diametro inferiore a pochi millimetri. Mentre in teoria potresti usare la regolite per la produzione additiva, per case stampate in 3D o anche componenti più basilari come mattoni e cemento avresti bisogno di materiali aggiuntivi dalla Terra da mescolare con la regolite come i leganti liquidi.

I miei colleghi e io abbiamo cercato modi per stampare in 3D una serie di componenti di ingegneria utilizzando solo la regolite. La nostra tecnica prevede l'utilizzo di un laser per trasformare una quantità molto piccola di energia in calore che può fondere e fondere insieme grani di regolite per formare una fetta sottile ma solida del materiale. Ripetendo questo processo più volte e aggiungendo più livelli in sequenza, possiamo eventualmente costruire un oggetto tridimensionale.

Ogni strato ha uno spessore di 1 mm e quindi la costruzione di strutture di grandi dimensioni come pareti o ripari completi richiederebbe un tempo impraticabile. Anziché, è molto meglio per produrre più piccoli, oggetti altamente dettagliati progettati con precisione come filtri per la polvere o per l'acqua, che in genere richiedono fori inferiori a un micron (0,001 mm). La stampa 3D sarebbe particolarmente utile per replicare componenti vitali se dovessero danneggiarsi o usurarsi, e doveva essere sostituita più velocemente di quanto sarebbe necessaria una nave di rifornimento per portarne una nuova dalla Terra.

Per capire come far funzionare questa stampa 3D nello spazio, abbiamo svolto approfondite indagini sia sul materiale che sui processi, e ho cercato di capire come le condizioni sulla luna avrebbero probabilmente avuto un impatto su di loro. Senza una pronta fornitura di vera regolite, abbiamo usato un materiale che imita la sua composizione chimica e minerale di massa. Questo si è formato in condizioni molto diverse da un bombardamento di meteoriti, ma è abbastanza complesso per noi studiare la sua interazione con il laser e usare quella conoscenza per stimare come reagirebbe la regolite reale.

Dobbiamo ancora capire meglio il materiale e la sua interazione con il processo di stampa 3D, e progettare nuove soluzioni tecniche per superare qualsiasi limitazione. In questa fase, è persino difficile per noi sapere che tipo di cose potrebbero andare storte. Ma un buon passo successivo sarebbe testare la stampa 3D con la regolite reale. I campioni esistenti sulla Terra sono molto limitati, ma con l'umanità pronta a entrare in una nuova era di attività lunari, forse presto potrebbe essere disponibile una scorta pronta.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.